基于高分遙感數(shù)據(jù)的東南亞跨境區(qū)重大工程擾動滑坡災(zāi)害分布規(guī)律研究淺析*

劉春玲 祁生文 王鳳新 劉海洋

(①中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083，中國)(②中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學(xué)院頁巖氣與地質(zhì)工程重點實驗室，北京 100029，中國)(③中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 100029，中國)(④中國科學(xué)院大學(xué)，地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049，中國)(⑤中國地質(zhì)大學(xué)，北京 100083，中國)

0 引 言

青藏高原是地球上最獨特的地質(zhì)-地理-生態(tài)單元，是開展地球與生命演化、圈層相互作用及人地關(guān)系研究的天然實驗室(鄭度等，2004；張艷，2020)。這里也是世界上隆升最快的地方，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地震活動頻發(fā)，新構(gòu)造運動強烈，內(nèi)外動力地質(zhì)作用異?；钴S，山地災(zāi)害嚴(yán)重，嚴(yán)重制約了該區(qū)經(jīng)濟的正常發(fā)展。該區(qū)地形高陡、高寒缺氧、山峰多為冰川所覆蓋，大部分地區(qū)人跡罕至，研究程度極低(劉春玲等，2016)。尤其隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類活動空間范圍不斷擴展及重大工程建設(shè)的實施，使人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境擾動程度不斷加劇，加之受到全球極端氣候變化等因素的影響，導(dǎo)致這個地區(qū)的滑坡災(zāi)害頻發(fā)，所造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失也不斷加大。因此，研究青藏高原的環(huán)境變化、災(zāi)害效應(yīng)，既是重大科學(xué)命題，也是關(guān)乎區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全、人類生存環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求(姚檀棟等，2017)。

習(xí)近平總書記高度重視青藏高原的生態(tài)環(huán)境保護與發(fā)展，他指出要“守護好世界上最后一方凈土”(王恒濤等，2015)。為貫徹落實習(xí)總書記關(guān)于青藏高原生態(tài)環(huán)境保護與發(fā)展的重要指示精神，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究于2017年8月19日正式啟動，聚焦水、生態(tài)、人類活動，著力解決青藏高原資源環(huán)境承載力、災(zāi)害風(fēng)險、綠色發(fā)展途徑等方面的問題。本文以我們在“東南亞跨境區(qū)重大工程擾動災(zāi)害及風(fēng)險”(第二次青藏高原科考子專題項目)的研究成果資料為基礎(chǔ)，結(jié)合前人的研究(劉春玲等，2010，2016)，首次對東南亞跨境區(qū)的重大工程擾動滑坡災(zāi)害的發(fā)育規(guī)律展開初步研究，揭示其孕育和觸發(fā)主控因素，這對于滑坡災(zāi)害的防治、保障該區(qū)重大工程的安全建設(shè)運營具有重要意義。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

青藏高原科考所謂的東南亞跨境區(qū)，是指青藏高原經(jīng)我國云南跨越邊界到東南亞國家的廣大區(qū)域。由于疫情影響，國外部分未能現(xiàn)場考察，因此本文主要聚焦于東南亞跨境區(qū)的境內(nèi)部分，其地處我國西南邊陲，西部和西南部與緬甸接壤，南部與越南、老撾毗鄰，東部與廣西壯族自治區(qū)和貴州省相連，北部同四川省為鄰，西北部緊倚西藏自治區(qū)(圖1)。有27個縣與越南、老撾、緬甸3國接壤，國境線長達(dá)4061km，同時與東南亞、南亞國家鄰近，也是中國通往東南亞的重要陸上通道?，F(xiàn)在已經(jīng)形成日趨完善的公路、鐵路、航空和大湄公河次區(qū)域國際航運，可以比較便捷地通達(dá)周邊國家和地區(qū)。另外全省共建有國家級口岸12個，省級口岸8個。

圖1 研究區(qū)位置圖

1.2 數(shù)據(jù)源及其預(yù)處理

研究區(qū)數(shù)據(jù)源主要為2019年的國產(chǎn)高分一號衛(wèi)星(以下簡稱GF-1)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于“東南亞跨境區(qū)重大工程擾動災(zāi)害及風(fēng)險”項目)，同時收集了1990年、2000年、2010年的ETM數(shù)據(jù)用以輔助遙感解譯工作。為滿足本次研究的數(shù)據(jù)使用要求，筆者對GF-1 數(shù)據(jù)的全色及多光譜波段進行融合，融合后重點區(qū)分辨率達(dá)到 2m、一般調(diào)查區(qū)分辨率達(dá)到16m，影像的幾何校正、配準(zhǔn)、融合等預(yù)處理工作均利用 ERDAS 軟件完成。

2 孕災(zāi)地質(zhì)背景綜合分析

研究區(qū)是多國跨境區(qū)、重大工程密集區(qū)及生態(tài)地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)，研究程度落后。通過資料收集和遙感調(diào)查等技術(shù)手段，對區(qū)內(nèi)地形地貌、地層巖性、水文氣象、土壤植被、礦山分布及重大工程建設(shè)與規(guī)劃等區(qū)域地質(zhì)背景進行了綜合分析，重點查明與重要交通廊道、口岸、礦山、水電工程等相關(guān)的滑坡災(zāi)害，為分析研究重大工程擾動災(zāi)害的分布規(guī)律提供重要數(shù)據(jù)支撐。

2.1 地形地貌

東南亞跨境區(qū)地形復(fù)雜，海拔較高，屬山地高原地形，地勢整體北部高，南部低，自北向南階梯狀逐級下降，最低處海拔87m，最高處海拔達(dá)到4133m，如圖2。工作區(qū)內(nèi)絕大部分為中海拔區(qū)域，北部有小范圍高山；在東南和西部分布有狹長的低山區(qū)?？偟牡孛蔡攸c為：一是高原波狀起伏，大面積土地高低參差，起伏度大，一定范圍內(nèi)又有緩和的高原面，表現(xiàn)為起伏和緩的中低山和渾圓丘陵；二是多為高山峽谷相間，江河縱橫，有怒江、瀾滄江和元江等河流，為低海拔沖積平原和臺地創(chuàng)造了條件。另外區(qū)內(nèi)喀斯特地貌分布廣泛，尤其是在工作區(qū)東部和西部集中分布。

圖2 工作區(qū)地勢圖

2.2 地層巖性

該區(qū)地層發(fā)育齊全，沉積類型多樣，變質(zhì)巖廣布，巖漿活動劇烈，根據(jù)北西—南東方向斜貫的金沙江-哀牢山斷裂帶地質(zhì)構(gòu)造可大致劃分為東部和西部兩個大的地層分區(qū)(林堯明等，1990)。

2.2.1 東部地區(qū)即金沙江-哀牢山斷裂以東地區(qū)

前震旦紀(jì)的噴出巖和侵入巖較為發(fā)育，出露于西南邊緣的哀牢山群，由變粒巖、片麻巖、大理巖組成；元謀—大紅山一帶出露的變質(zhì)巖系主體為一套千枚巖、片巖、大理巖、變火山巖。震旦紀(jì)至二疊紀(jì)沉積巖最為發(fā)育，而巖漿活動相對較弱，變質(zhì)作用僅局部出現(xiàn)。自三疊紀(jì)起，云南東部各地地質(zhì)發(fā)展顯示了明顯的差異性。寧蒗—麗江地區(qū)及滇東地區(qū)，繼承了古生代以來的地臺型碎屑巖-碳酸鹽巖建造構(gòu)成，巖漿活動比較強烈。

2.2.2 西部地區(qū)-哀牢山斷裂以西地區(qū)

該區(qū)又進一步劃分為蘭坪—思茅地區(qū)和保山—騰沖地區(qū)。前者是特提斯的重要組成部分，地層出露欠完整，巖漿巖以火山巖和超基性巖最為引人注目，酸性侵入巖也有較為廣泛的出露。后者位于瀾滄江斷裂以西，西臨緬甸，屬于岡底斯念青唐古拉褶皺系，地層屬于穩(wěn)定性沉積，巖漿的顯著特點是酸性深成巖體十分發(fā)育，僅在西部和東部成帶狀出露。

根據(jù)巖土體的成因、巖性及堅硬程度等特征，參考國標(biāo)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50218-2014)(中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)編寫組，2014)巖石飽和單軸抗壓強度UCS，區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)巖組可以概括為：松散巖類、軟巖類、較軟巖類、較堅硬巖夾軟巖類、較堅硬巖夾較軟巖類、堅硬巖夾軟巖類、堅硬巖夾較軟巖類，較堅硬巖類和堅硬巖類等9個大類(圖3)。

圖3 東南亞跨境區(qū)工程地質(zhì)巖組圖

3 重大工程分布情況遙感調(diào)查

基于遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示，研究區(qū)重大工程活動主要為水電(水利)工程，其次為交通工程，還有一些礦山工程活動。下面詳細(xì)敘述：

3.1 水電(水利)工程

工作區(qū)內(nèi)水資源豐富，是我國水能資源最豐富的省份之一。區(qū)內(nèi)主要有金沙江、瀾滄江、怒江、紅河、南盤江等6大水系，徑流豐沛穩(wěn)定，有建高壩大庫的地形、地質(zhì)條件，調(diào)節(jié)性能好，是我國水電資源中的“富礦”。但水電工程在修建、運營過程中，對河流的改造作用大，河流的自然環(huán)境和景觀均受到了很大的影響。近年來，社會發(fā)展對于水電開發(fā)的需求及其開發(fā)引發(fā)的生態(tài)地質(zhì)問題，水電開發(fā)的利弊問題成為人們關(guān)注的熱點。因此查明水電站的分布現(xiàn)狀，弄清其周邊的地質(zhì)災(zāi)害及潛在隱患點，對于水電站的正常運營至關(guān)重要。

根據(jù)最新的遙感影像圖，本次共解譯出水電站83座(圖4)。其中瀾滄江上有6處水電站，均屬于一級水電站；金沙江在工作區(qū)最北端，展布很少，僅有一座烏東德水電站；李仙江上共有8處水電站，均屬于二級水電站；元江上有2座二級水電站、1座三級水電站；螳螂川上共有10座水電站，其中：有3座二級水電站，其他7座水電站均為三級；龍川江上分布有20座水電站，但規(guī)模不大，均為三級；另外檳榔江、大盈江、曼老江、漾濞江、勐拉河、勐勐河、川河、綠汁江、勐波、羅河等河流上共建有35座水電站，均為三級。

圖4 東南亞跨境區(qū)水電(水利)及交通工程分布圖

3.2 交通工程

隨著近些年國家大力發(fā)展西南地區(qū)建設(shè)以及擴大與東南亞各國的商貿(mào)往來，工作區(qū)內(nèi)交通較為發(fā)達(dá)，國道、高速、鐵路的數(shù)量和規(guī)模也進一步加大(圖4)。工作區(qū)內(nèi)鐵路主要有通往緬甸的廣大鐵路(昆大段)、通往老撾的中老鐵路(昆磨段586km)、通往越南的昆河線(468km)；國道主要有京昆線(G108)、策磨線(G213)、西磨線(G214)、馬寧線(G215)、蘭馬線(G248)、滬瑞線(G320)、瑞清線(G323)、福昆線(G324)等十余條，總長度約3405.5km，其中滬瑞線云南段、西磨線云南段長度均超過了900km，分別通往老撾和緬甸；高速公路主要有：開河高速(G8011)、昆磨高速(G8511)、汕昆高速(G78)、瑞杭高速(G56)、天猴高速(G5615)、銀昆高速(G85)、大麗高速(G5611)、京昆高速(G5)，共約2652.39km，其中瑞杭高速、昆磨高速兩條線路在工作區(qū)內(nèi)最長，主要沿昆明—保山和昆明—景洪兩條線路延展，直通緬甸和老撾，為發(fā)展東南亞各國的經(jīng)濟往來提供了極大的便利。

3.3 礦山工程

云南素有“有色金屬王國”之稱，其成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源豐富，是我國礦產(chǎn)種類齊全的省份之一，但礦山的開發(fā)也帶來了植被破壞、水土流失、環(huán)境污染、采空塌陷、露天邊坡失穩(wěn)、滑坡、崩塌、泥石流等一系列生態(tài)地質(zhì)問題及隱患。本文主要遙感調(diào)查了礦山開發(fā)區(qū)的采場、礦山建筑、中轉(zhuǎn)場地(煤堆、礦石堆等)、固體廢棄物(廢石堆、尾礦庫、煤矸石堆)占地情況。另外，為了最大程度上反映人類活動的擾動情況，一些小的采石場、道路施工過程中的開挖也進行了遙感調(diào)查工作。

根據(jù)最新的遙感影像圖，本次共解譯出開采面1912處，由圖5所示，礦山工程主要分布在工作區(qū)東北部，集中分布于昆明、玉溪、楚雄、大理及保山一帶。

圖5 東南亞跨境區(qū)礦山工程遙感解譯分布圖

4 重大工程擾動滑坡災(zāi)害遙感調(diào)查

重大工程擾動滑坡災(zāi)害是指由于重大工程活動建設(shè)或者運營期間直接或者間接誘發(fā)的滑坡災(zāi)害(祁生文等，2022)。根據(jù)重大工程擾動滑坡災(zāi)害的定義，利用多源、多期遙感數(shù)據(jù)，對全區(qū)66個縣(市)行政區(qū)的工程擾動災(zāi)害進行了詳細(xì)的遙感調(diào)查，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)工程擾動災(zāi)害類型主要為崩塌、滑坡以及碎屑流，本文只關(guān)注與礦山工程、水電工程、主要交通工程及口岸工程相關(guān)的滑坡災(zāi)害的研究(圖6)。

圖6 典型滑坡遙感影像圖(影像中A點為災(zāi)害點，虛線為災(zāi)害點邊界，2020年GF1)

根據(jù)滑坡遙感解譯成果，區(qū)內(nèi)對人居環(huán)境構(gòu)成直接威脅的滑坡多達(dá)1373處，其中水電工程誘發(fā)625處，交通工程誘發(fā)723處，礦山工程誘發(fā)22處，口岸工程誘發(fā)3處。主要分布在29個縣(市)(圖7)，其中南澗彝族自治縣的滑坡數(shù)量最多，有80個；其次是洱源縣，有滑坡70個；滑坡數(shù)量在60～69之間的有4個縣，祿勸彝族苗族自治縣有68個、保山市有67個、龍陵縣有65個、云縣有63個；滑坡數(shù)量在40～59之間的有5個縣(市)，昌寧縣有48個、雙柏縣有43個、武定縣有43個、鳳慶縣和元江縣均有41個；有9個縣(市)的滑坡在30～39之間，南華縣有39個、楚雄市與綠春縣均有37個、元謀縣有35個、瀾滄縣與永平縣均有33個、景洪市有32個、賓川縣有31個、騰沖縣有30個；有9個縣(市)的滑坡在20～29之間，攀枝花市有29個、紅河縣和彌渡縣均有28個、景谷縣有25個、漾濞縣有23個、施甸縣與元陽縣均有22個、永德縣有21個、雙江縣有20個；滑坡數(shù)量在10～19之間的縣市有13個，耿馬縣(19個)、金瓶縣(17個)、江城縣(16個)、新平縣(15個)、梁河縣(13個)、大姚縣(12個)、景東縣(12個)、墨江縣(12個)、普洱縣(11個)、臨滄縣、勐臘縣、巍山縣和鎮(zhèn)康縣均有10個滑坡；其他28個縣(市)行政區(qū)內(nèi)的滑坡數(shù)量較少，均在10個以下。

圖7 東南亞跨境區(qū)滑坡災(zāi)害遙感解譯分布圖

由圖8所示，滑坡數(shù)量在0～20個時，所包含的縣區(qū)數(shù)量最多，約占總縣區(qū)數(shù)量的57%；當(dāng)滑坡數(shù)量在20～40個時，包含的縣區(qū)數(shù)量比較多，大約占總縣區(qū)數(shù)量的29%；滑坡數(shù)量大于40個時，所包含的縣區(qū)數(shù)量比較少，約占總縣區(qū)數(shù)量的14%。從以上數(shù)據(jù)可知，滑坡在工作區(qū)內(nèi)各個縣區(qū)分布較為廣泛，但數(shù)量差別大，這是由于整個工作區(qū)范圍廣，區(qū)內(nèi)地理環(huán)境復(fù)雜，地勢起伏大，高山峽谷地區(qū)極易發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。尤其是在個別縣區(qū)，滑坡數(shù)量大、位置相對集中，整體上具有區(qū)域不均勻分布的特征。

圖8 東南亞跨境區(qū)滑坡數(shù)量與行政區(qū)分布圖

5 重大工程擾動災(zāi)害的空間分布規(guī)律

研究發(fā)現(xiàn)，受地層巖性、地形地貌、人類工程活動等影響，本研究區(qū)的工程擾動誘發(fā)的滑坡災(zāi)害具有叢集性、不均勻分布的特點，地質(zhì)背景因素對滑坡的分布具有明顯的控制作用。

5.1 巖性與滑坡分布

統(tǒng)計分析表明，研究區(qū)軟巖巖組面積分布最廣，其次為較堅硬巖夾軟巖巖組、堅硬巖組、較堅硬巖組，堅硬巖夾較軟巖巖組分布面積最小，其余巖組面積分布相差不大(圖9)。工程擾動誘發(fā)的滑坡發(fā)育與巖組密切相關(guān)。從數(shù)量上來看，滑坡在軟巖中發(fā)育最多，有253個；其次是較堅硬巖類、較堅硬巖夾軟巖類，滑坡數(shù)量相近，分別為209個、205個。從發(fā)育密度來看，滑坡在較堅硬巖夾較軟巖類、堅硬巖夾較軟巖類、較堅硬巖類、較軟巖類等巖組中發(fā)育密度較高。這是由于軟巖區(qū)雖然巖性軟弱，但是地形往往平緩，而硬巖夾軟巖巖組(較堅硬巖夾較軟巖類、堅硬巖夾較軟巖類)、較堅硬巖和較軟弱巖斜坡坡面往往更為陡峭、起伏粗糙，地形破碎，比如軟硬相間的巖組常常形成臺階狀地形，軟弱巖體風(fēng)化形成空腔地形，同時硬巖夾軟巖巖組斜坡穩(wěn)定性受其中軟巖的控制，因此工程擾動的滑坡災(zāi)害頻率更高一些。

圖9 東南亞跨境區(qū)滑坡與工程地質(zhì)巖組分布圖

5.2 高程與滑坡分布

研究表明，高程與工程擾動誘發(fā)的滑坡的發(fā)育密切相關(guān)。在ArcGIS平臺上，對滑坡分布與高程進行空間統(tǒng)計分析，結(jié)果如圖10?？梢姡轮饕植几叱虨?～3000m，其中1001～2000m高程范圍內(nèi)數(shù)量最多，達(dá)876個，分布密度為0.0044個·km-2；2000～3000m高程范圍內(nèi)數(shù)量次之，有288個，分布密度最高為0.0042個·km-2。1000m以下滑坡數(shù)量201個，分布密度為0.0040個·km-2，3000m以上滑坡數(shù)量較少，但分布密度較大。3000～4000m高程范圍內(nèi)滑坡密度大，可能與該高程段坡度陡峻有關(guān)。4000m以上為高原殘留夷平面，地形平緩，工程擾動滑坡災(zāi)害不發(fā)育。

圖10 東南亞跨境區(qū)滑坡與高程分布圖

5.3 坡度與滑坡分布

基于DEM數(shù)據(jù)，本文利用ArcGIS軟件中slope函數(shù)計算功能獲得邊坡坡度，整體來看，沿河的溝谷區(qū)和城鎮(zhèn)分布區(qū)坡度較小，其余地區(qū)坡度均有較大起伏，結(jié)果見圖11?？梢?，隨著坡度的增加，滑坡分布密度呈遞增趨勢。在大于35°以上坡度范圍內(nèi)，有434個滑坡，災(zāi)害點分布密度最大，為0.0148個·km-2；25°～35°坡度范圍內(nèi)，有436個滑坡，災(zāi)害分布密度為0.0061個·km-2；15°～25°坡度范圍內(nèi)，滑坡發(fā)育數(shù)量最多，有364個滑坡，災(zāi)害分布密度為0.0033個·km-2；0°～15°坡度范圍內(nèi)，滑坡最不發(fā)育，災(zāi)害分布密度僅為0.0013個·km-2。也就是說滑坡主要分布在15°～35°坡度范圍內(nèi)，滑坡的發(fā)育頻率則隨著坡度增大而增大，這與非工程擾動的滑坡分布規(guī)律類似(童立強等，2007；劉春玲等，2010)。

圖11 東南亞跨境區(qū)滑坡與坡度分布圖

5.4 坡向與滑坡分布

本文利用ArcGIS空間分析功能，基于GDEM數(shù)據(jù)計算邊坡坡向與滑坡災(zāi)害的分布，結(jié)果見圖12?？梢园l(fā)現(xiàn)，該區(qū)東向斜坡分布面積最廣，其次為西北、北、東南、西南、南、西坡向，分布面積相差不多，東北向斜坡分布面積最小?；聻?zāi)害在以西和西南為主方向分布最多，共發(fā)育529個滑坡，滑坡密度也較大，分別為0.0072個·km-2和0.0063個·km-2。其余方向災(zāi)害點密度較小。造成這一分布的原因可能與該區(qū)南北向的構(gòu)造體系與印度洋暖濕氣流有關(guān)，同時受到風(fēng)化作用的綜合影響。該區(qū)斷裂控制的山脈走向總體近南北向，對從西南方向來的印度洋暖濕氣流而言，西、西南方向的斜坡成為迎雨面，往往接受更多的降水，因此工程擾動滑坡的災(zāi)害密度要大一些(潘韜等，2012)。

圖12 東南亞跨境區(qū)滑坡與坡向分布圖

6 結(jié) 論

通過本文的研究，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)重大工程擾動災(zāi)害多發(fā)育在海拔0～3000m之間、人類活動頻繁的陽坡、25°以上的軟巖、硬巖及軟硬相間的工程地質(zhì)巖組中，具體如下：

(1)通過室內(nèi)遙感解譯和實地調(diào)查，獲得與礦山工程、水電工程和道路工程相關(guān)的滑坡災(zāi)害點1373個。從空間分布上來看，滑坡主要分布在洱源縣、祿勸縣、保山市、龍陵縣、云縣等縣(市)。

(2)巖性對工程擾動的滑坡的展布有決定性控制作用，在9類工程地質(zhì)巖組中滑坡均有發(fā)育，但相對而言，在軟巖類、較堅硬巖類、堅硬巖夾軟巖類等巖組中發(fā)育程度較高。

(3)從海拔高程來看，區(qū)內(nèi)工程擾動的滑坡主要發(fā)育在0～3000m之間的高程內(nèi)，尤其在1000～2000m高程之間，滑坡的數(shù)量最多。

(4)研究表明，隨著坡度的增加，工程擾動的滑坡分布密度呈遞增趨勢。坡度在35°以上，滑坡分布密度最大，為0.0148個·km-2；坡度在25°～35°之內(nèi)，滑坡分布密切次之，為0.0061個·km-2。

(5)從坡向上來看，工程擾動的滑坡主要分布在225°～270°之間，以西和西南為主方向的陽坡，共發(fā)育529個滑坡，滑坡分布密度分別為0.0040個·km-2和0.0072個·km-2，其余方向災(zāi)害分布密度較小。